[发明专利]一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法

说明书

一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法，属于隧道盾构施工模拟技术领域。所述装置包括试验土箱、隧道衬砌模型、同步注浆系统及掌子面支护系统；所述同步注浆系统包括环形气囊、导管与压力控制系统；所述掌子面支护系统包括柱状气囊、导管与压力控制系统；所述试验土箱内部装有试验土体，所述隧道衬砌模型为空心圆柱体，所述圆柱体的侧面四周设置环形气囊，所述圆柱体的底面临近土体一侧设置柱状气囊，在环形气囊和柱状气囊临近土体一侧设置土压力盒。本发明通过环形气囊和柱状气囊内部压力调节模拟土体开挖、同步注浆及掌子面支护，从而模拟盾构隧道连续掘进，通过埋置传感器获得盾构过程对土体的扰动范围变化。

技术领域

本发明属于隧道盾构施工模拟技术领域，具体涉及一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法。

背景技术

盾构施工过程中会遇到各种复杂场地条件，由于盾构推进与开挖的扰动，易引起一系列工程问题。尤其是在饱和砂土场地条件下，极易发生包括地面沉降、掌子面失稳等工程灾害，造成巨大的经济损失与人员伤害。由于现场施工存在极大的隐蔽性，土体所受扰动无法及时、准确的反馈到工作人员，因此，室内模型试验成为一种可靠的盾构施工研究手段。然而，由于室内装置空间有限，对于盾构机及使用盾构隧道连续掘进的模拟比较困难，包括盾构施工同步注浆过程，因此，有必要提出一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决室内模型试验中难以模拟盾构机以及盾构隧道连续掘进的问题，同时更好的了解土体扰动情况，提供一种盾构施工对场地扰动的模拟装置与方法，可针对多因素条件下盾构施工对地层的扰动进行研究。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种盾构施工对场地扰动的模拟装置，所述装置包括试验土箱、隧道衬砌模型、同步注浆系统及掌子面支护系统；

所述同步注浆系统包括环形气囊、导管与压力控制系统；所述环形气囊根据单步盾构开挖长度确定分段宽度，内部填充气体或液体；

所述掌子面支护系统包括柱状气囊、导管与压力控制系统；所述柱状气囊内部填充气体或液体；

所述试验土箱内部装有试验土体，所述隧道衬砌模型为空心圆柱体，所述圆柱体的侧面四周设置环形气囊，所述圆柱体的底面临近土体一侧设置柱状气囊，在环形气囊和柱状气囊临近土体一侧设置土压力盒。

一种上述盾构施工对场地扰动的模拟装置的使用方法，所述方法为：

在试验土箱内采用砂雨法或击实法分层填筑试验土体至预定隧道同步注浆体底端所处位置处，埋设传感器，所述传感器包括微型土压力传感器、位移传感器、孔压传感器，获取盾构过程中应力、位移、超孔压；

安装隧道衬砌模型、同步注浆系统及掌子面支护系统，在环形气囊和柱状气囊临试验土体一侧安装土压力盒，用于周围土体与支护间的接触应力测试；

继续填筑试验土体至预定地表，填筑过程中埋设传感器，所述传感器包括微型土压力传感器、位移传感器、孔压传感器，获取盾构过程中应力、位移、超孔压，填筑过程注意已埋设传感器电缆的保护；

在对盾构隧道周围土体扰动研究中，柱状气囊不进行调节；根据盾构开挖时间步序，逐个将环形气囊内部压力缓慢减小为零；同时，依据同步注浆时间步序，再逐个将环形气囊内部压力缓慢增加到预定注浆压力并保持；

在对盾构隧道掌子面前方土体扰动研究中，环状气囊不进行调节，对柱状气囊内部压力进行升高或降低；

根据实验过程中采集的应力、位移、超孔压，绘制随盾构掘进的等值线图，从而获得盾构过程对土体的扰动范围变化和剪胀力影响范围、分布规律。